主汽門閥桿密封引起的真空泄漏案例分析與治理

劉凌 張懋欣 徐釗 張胤

上海上電漕涇發電有限公司

0 概述

上海漕涇電廠2×1000MW機組汽輪機主機型號N1000-26.25/600/600，由上海汽輪機廠生產。汽輪機為單軸、四缸四排汽凝汽式汽輪機，機組正常運行時采用全周進汽、CTF滑壓的運行方式，凝汽器采用雙背壓，一次海水冷卻，循環水依次流經凝汽器A與凝汽器B，額定設計背壓為4.19kPa/5.26kPa。配汽機構設有2個高壓主汽門，2個高壓調門，2個中壓主汽門，2個中壓調門及1個補汽門。抽真空系統配置3臺真空泵（大泵）和2套高效真空維持系統，分別接自凝汽器A和凝汽器B的抽空氣管道，每套系統由一臺前置泵（羅茨泵）和一臺水環式真空泵組成。

2016年11月1號機組完成C級檢修，投運后發現凝汽器A側真空度比修前偏低約3kPa，真空嚴密性試驗結果為：A側1.53kPa/min、B側0.1kPa/min（合格標準為0.27kPa/min）。試驗結果判斷A側凝汽器嚴重漏空氣。A側凝汽器3臺真空泵運行，真空仍較以往凝汽器真空正常值（-98kPa）低2kPa，對機組的安全、經濟運行造成嚴重影響，具體表現在以下幾方面：

（2）廠用電增加。由于凝汽器A真空偏低，所以需要運行兩臺大真空泵加一套高效真空系統來維持系統的正常真空狀態。兩臺大真空泵每小時多耗電約為210kWh。凝汽器B只需運行一套高效真空系統（功率僅為一臺大真空泵的20%）。

（3）安全風險高。由于大真空泵全部用于凝汽器A，導致機組運行時無備用泵，運行中任何一臺真空泵因故障將導致真空降低并使低壓缸排汽溫度上升等，嚴重威脅機組的安全運行。

1 真空系統泄漏的排查

對于1號機組凝汽器A漏空氣的問題，技術人員對1號機組真空系統、主汽輪機負壓狀態設備及小汽輪機B（排汽接入凝汽器A）等相關系統進行了全面的分析和現場排查，排查過程中對于機組難以判斷部位采用了氦質譜檢漏儀（圖1）幫助現場捉漏。

圖1 氦質譜檢漏儀捉漏方法

氦質譜檢漏儀是以氦氣作為示漏氣體，對真空設備及密封器的微小漏隙進行定位、定量和定性檢測的專用檢漏儀器。它具有性能穩定、靈敏度高、操作簡便，檢測迅速等特點，是真空檢漏技術中使用最普遍的檢漏儀器。其測量工作原理是將氦質譜檢漏儀接至真空泵氣水分離器排氣口，在疑似漏真空的系統設備上釋放氦氣，氦質譜檢漏儀收集氦離子，通過測量離子流就可知泄漏率。

1.1 常見泄漏點的排查

使用氦質譜檢測儀結合其他常規方法初步對凝汽器A真空系統排查，具體位置及結果依次如下：

（1）對低壓缸A汽缸中分面法蘭、防爆門法蘭、法蘭檢查，發現近軸封的四處上下缸法蘭結合面均有不同程度滲漏，使用高溫膠塞嵌入縫隙堵漏，未對真空產生實質改善，因此并非主要原因。

（2）對小汽輪機B（其排汽接入凝汽器A）的汽缸中分面、防爆門法蘭等檢查未發現泄漏。

（3）對凝汽器A汽側人孔門檢查，法蘭涂抹油脂封閉。

按照鉆機成孔-鋼管放置的施工順序，在第一次注漿漿液初凝后，終凝之前進行二次注漿，達到設計規定強度以后，進行放坡段的開挖與施工，并進行面層與施工土釘施工。選用孔徑為150mm的錨管樁，注漿分2次進行，填料量不能低于計算體積的0.75倍，填料粒徑要低于20mm，并要事先清理干凈。第一次注漿材料為水泥漿，水灰比為0.55，注漿壓力控制為0.2～0.5MPa。二次注漿也使用水泥漿，水灰比0.6，注漿壓力1.5～2.0MPa，選用普通硅酸鹽水泥。

（4）對凝汽器A真空破壞門檢查，發現法蘭有微漏后進行緊固，閥前保持水封良好。

（5）對影響凝汽器A真空的相關閥門、管道進行了檢查未發現明顯泄漏點。

（6）對主汽輪機軸封汽壓力提高試驗、小汽輪機B低壓軸封冒汽試驗檢查，排除軸封汽影響。

（7）對低壓旁路閥后系統、小汽輪機B至凝汽器排汽管檢查，未發現泄漏。

（8）對接至凝汽器A汽側的三臺疏水立管排汽口、凝補水管、疏水立管減溫水、排汽缸噴水、水幕噴水等系統接口、法蘭等檢查，未發現泄漏。

（9）將接入本體立管A的軸封加熱器疏水切至旁路，排除軸封汽回收時漏入空氣的可能。

（10）將汽機側外置疏水擴容器、鍋爐側大氣擴容器疏水至凝汽器的通道分別關閉相應閥門隔絕試驗，排除了上述兩方面影響。

（11）停運小汽輪機B后關閉排汽碟閥，觀察真空無變化，基本排除小汽輪機排汽部分漏空氣的可能。

（12）對低壓缸和凝汽器汽側各儀表接出管進行了全面檢查，未發現泄漏。

上述設備或系統均直接與凝汽器相連或本身運行在負壓狀態下，因此是真空系統發生泄漏時的常規檢查項目，其中部分系統在機組檢修后可以在凝汽器灌水查漏時很容易被發現。

1.2 特殊泄漏點的排查

凝汽器A側所接的三組疏水立管，分別為系統立管A和本體立管A、B。其中系統立管A接入的是1號、2號高壓加熱器（雙列四臺）的危急疏水、外置清潔疏水回收至凝汽器的疏水管以及高、中壓主汽門的閥桿漏汽（經集管接至立管本體上）。在對系統立管A本體檢查時發現筒體局部表面手感明顯冰涼（溫度約5℃～6℃），并有微量結霜現象，按照常理，與凝汽器汽側直接相通的這些負壓區，內部溫度均不會低于凝汽器的熱井溫度。通過進一步比對和觀察，確認明顯冰涼的區域處于系統立管A朝向凝汽器的一側，并呈現較規則的狹長形分布。根據空氣向低壓區高速流動時溫度會隨之下降的原理，推斷分析造成這一現象的原因，可能是空氣在系統立管內貼壁高速流動引起，可確認有空氣漏入系統立管A。對該立管上的管道進行了仔細排查。

（1）將接入的四臺高加危急疏水、立管減溫水均開啟至一定開度，以保持管道正壓，清潔疏水泵啟動向管道注水至正壓。

（2）將1號和2號高加危急疏水至系統立管A隔離門關閉進行隔離試驗，未發現泄漏。上述操作均未對真空產生影響。

在排除上述因素后，考慮高、中壓主汽門的閥桿漏汽管經集管接入系統立管A，查漏擴大至主汽輪機高、中壓主汽門的門桿密封部位，采用氦質譜儀對左、右高壓主汽門檢測時，發現有明顯漏空氣現象。拆開兩側高壓主汽門龍門架罩殼發現高壓主汽門A、B閥桿密封填料處整個圓周方向均有泄漏。

2 針對性處理措施

經計算，高壓主汽門的閥桿密封填料漏空氣截面積約為198.1mm2，相當于內徑D16mm的管道泄漏的空氣量。對高壓主汽門龍門架填料處圈填入1mm的銅絲并用汽缸涂料密封，大幅減小了空氣的泄漏量。

完成上述堵漏處理后，1號機真空嚴密性試驗結果為：A側0.12kPa/min、B側0.08kPa/min，均達到優秀水平。凝汽器A側運行一組高效真空泵即能維持正常真空。

考慮到在檢修中更換密封，將原密封材料更換為帶鎳絲的柔性石墨密封，保證密封材料具有良好的壓縮性和膨脹性，徹底消除真空泄漏的問題。

2號機凝汽器A同樣存在真空嚴密性差的問題，真空嚴密性試驗僅能勉強達到0.27kPa/min，未達到合格標準。對2號機高壓主汽門進行了與1號機相同方法查漏，發現兩側高壓主汽門存在同樣漏微量空氣的現象。在采取了與1號機相同的處理方式后，凝汽器A真空嚴密性均達到優秀水平。

3 真空泄漏原因分析

因主汽門內密封過于嚴實緊密，主汽門的閥桿漏微量蒸汽甚至不漏，而導致閥門的門桿外密封腔室經閥桿漏汽管道與系統立管A相連，均處于相同的真空狀態，由制造廠提供的主汽門結構圖（圖2）可見，漏空氣處為圖中圈內部分，空氣經過大端蓋密封件處被吸入閥體腔室，經門桿漏氣管道進入系統立管A。

制造廠提供的安裝作業書推薦，主汽門大端蓋盤根的安裝間隙為1.0～1.39mm，實際測量間隙為0.6mm，小于圖紙所示的安裝間隙，理論上對防止真空泄漏更有利。因此，導致該處真空泄漏主要原因是由于內部的原方形定型密封件壓縮量較小，在安裝中未達到預期的膨脹量，導致密封圈沒有完全起到密封作用。

圖2 主汽門大端蓋盤根處結構圖

4 小結

從真空捉漏的角度，本次真空系統泄漏的位置屬于非常規位置。常規的捉漏往往側重于低壓系統，即：（1）凝汽器抽真空系統；（2）機組后幾級低壓加熱器系統；（3）機組軸封系統；（4）小汽輪機排汽系統；（5）小汽輪機軸封系統；（6）疏水立管、擴容器等系統。在捉漏過程中，我們時常忽略高壓系統。主汽門閥桿漏氣通過系統立管引入疏水擴容器，從而進入真空系統。而主汽門腔室與外界空氣的密封差會導致外界空氣進入主汽門腔室，從而通過閥桿漏汽系統進入真空系統，導致凝汽器真空降低。閥桿漏汽系統屬于在真空捉漏中非常容易被忽略的一個系統。

從主汽門檢修的角度看，該超超臨界機組的高壓主汽門腔室與外界空氣的密封是通過三道密封來完成的。密封件的質量決定了密封性能的好壞。在安裝過程中，不僅需要考慮密封件與腔室的間隙，還需考慮密封件的膨脹性能。若密封件無法達到預期的膨脹量，就無法達到預期的密封效果。本次檢修將原密封材料更換為帶鎳絲的柔性石墨，保證密封件具有良好的壓縮性和膨脹性，徹底消除了真空泄漏的問題。